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Triptófano sintasa

La triptófano sintasa o triptófano sintetasa es una enzima ( EC 4.2.1.20) que cataliza los dos últimos pasos de la biosíntesis del triptófano . [1] [2] Se encuentra comúnmente en Eubacteria , [3] Archaebacteria , [4] Protista , [5] Fungi , [6] y Plantae . [7] Sin embargo, está ausente en Animalia . [8] Normalmente se encuentra como un tetrámero α2β2. [9] [10] Las subunidades α catalizan la formación reversible de indol y gliceraldehído-3-fosfato (G3P) a partir de indol-3-glicerol fosfato (IGP). Las subunidades β catalizan la condensación irreversible de indol y serina para formar triptófano en una reacción dependiente de piridoxal fosfato (PLP). Cada sitio activo α está conectado a un sitio activo β mediante un canal hidrófobo de 25 Ångstrom de largo contenido dentro de la enzima. Esto facilita la difusión del indol formado en los sitios activos α directamente a los sitios activos β en un proceso conocido como canalización de sustrato . [11] Los sitios activos de la triptófano sintasa están acoplados alostéricamente . [12]

Estructura enzimática

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Sitios activos para las subunidades α y β que muestran residuos catalíticos hipotéticos

Subunidades

La triptófano sintasa suele existir como un complejo α-ββ-α. Las subunidades α y β tienen masas moleculares de 27 y 43 kDa respectivamente. La subunidad α tiene una conformación de barril TIM . La subunidad β tiene una conformación de pliegue tipo II y un sitio de unión adyacente al sitio activo para cationes monovalentes. [13] Su ensamblaje en un complejo conduce a cambios estructurales en ambas subunidades que resultan en una activación recíproca. Hay dos mecanismos principales para la comunicación entre subunidades. Primero, el dominio COMM de la subunidad β y el bucle α2 de la subunidad α interactúan. Además, existen interacciones entre los residuos αGly181 y βSer178. [14] Los sitios activos están regulados alostéricamente y experimentan transiciones entre estados abiertos, inactivos y cerrados, activos. [12]

canal hidrófobo

Los sitios activos α y β están separados por un canal hidrófobo de 25 Ångstrom de largo contenido dentro de la enzima que permite la difusión del indol. Si el canal no existiera, el indol formado en un sitio activo α se difundiría rápidamente y se perdería en la célula, ya que es hidrofóbico y puede atravesar membranas fácilmente. Como tal, el canal es esencial para la función del complejo enzimático. [15]

Mecanismo enzimático

subtítulo.
Mecanismo propuesto de la triptófano sintasa.

La reacción neta de la triptófano sintasa convierte el indol-3-glicerol fosfato y la serina en gliceraldehído-3-fosfato, triptófano y agua. La reacción ocurre en dos pasos, cada uno catalizado por una de las subunidades:

Reacción catalizada por la triptófano sintasa.

reacción de la subunidad α

La subunidad α cataliza la formación de indol y G3P a partir de una escisión retroaldólica de IGP. Se cree que αGlu49 y αAsp60 están directamente involucrados en la catálisis, como se muestra. [11] El paso limitante de la velocidad es la isomerización de IGP. [16] Ver imagen 2.

reacción de la subunidad β

La subunidad β cataliza la reacción de reemplazo β en la que el indol y la serina se condensan para formar triptófano en una reacción dependiente de PLP. Se cree que βLys87, βGlu109 y βSer377 están directamente involucrados en la catálisis, como se muestra. [11] Nuevamente, el mecanismo exacto no se ha determinado de manera concluyente. Ver imagen 2.

función biológica

La triptófano sintasa se encuentra comúnmente en Eubacteria, Archaebacteria, Protista, Fungi y Plantae. Está ausente en animales como los humanos. El triptófano es uno de los veinte aminoácidos estándar y uno de los nueve aminoácidos esenciales para los humanos. Como tal, el triptófano es un componente necesario de la dieta humana.

Alcance del sustrato

También se sabe que la triptófano sintetasa acepta análogos de indol, por ejemplo, indoles fluorados o metilados, como sustratos, generando los correspondientes análogos de triptófano. [17]

Relevancia de la enfermedad

Como los humanos no tienen triptófano sintasa, esta enzima se ha explorado como un posible objetivo farmacológico . [18] Sin embargo, se cree que las bacterias tienen mecanismos alternativos para producir aminoácidos que podrían hacer que este enfoque sea menos efectivo. En cualquier caso, incluso si el fármaco sólo debilita a las bacterias, aún podría ser útil, ya que las bacterias ya son vulnerables en el entorno hostil del huésped. Como tal, la inhibición de la triptófano sintasa junto con otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos tiene el potencial de ayudar a resolver problemas médicos. [19]

Se ha sugerido la inhibición de la triptófano sintasa y otras enzimas PLP en el metabolismo de los aminoácidos para:

Evolución

Se cree que en las primeras etapas de la evolución se duplicó el gen trpB2. Una copia ingresó al operón trp como trpB2i permitiendo su expresión con trpA. TrpB2i formó complejos transitorios con TrpA y en el proceso activó TrpA unidireccionalmente. La otra copia permaneció afuera como trpB2o y cumplió una función existente o desempeñó una nueva, como actuar como proteína de rescate para el indol. TrpB2i evolucionó a TrpB1, que formó complejos permanentes con trpA dando como resultado una activación bidireccional. La ventaja de la proteína de rescate indol disminuyó y se perdió el gen TrpB. Finalmente, los genes TrpB1 y TrpA se fusionaron dando como resultado la formación de la enzima bifuncional. [22]

Significado historico

La triptófano sintasa fue la primera enzima identificada que tenía dos capacidades catalíticas que fueron ampliamente estudiadas. También fue el primero identificado en utilizar canalización de sustrato. Como tal, esta enzima ha sido ampliamente estudiada y es objeto de gran interés. [11]

Ver también

Referencias

  1. ^ Dunn MF, Niks D, Ngo H, Barends TR, Schlichting I (junio de 2008). "Triptófano sintasa: el funcionamiento de una nanomáquina canalizadora". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 33 (6): 254–64. doi :10.1016/j.tibs.2008.04.008. PMID  18486479.
  2. ^ Millas EW (1991). "Base estructural de la catálisis por triptófano sintasa". Avances en Enzimología y Áreas Afines de la Biología Molecular . Avances en enzimología y áreas afines de la biología molecular. vol. 64, págs. 93-172. doi :10.1002/9780470123102.ch3. ISBN 9780470123102. PMID  2053470.
  3. ^ Jablonski P, Jablonski L, Pintado O, Sriranganathan N, Howde C (septiembre de 1996). "Triptófano sintasa: identificación de la subunidad B de triptófano sintasa de Pasteurella multocida mediante antisueros contra la cepa PI059". Microbiología . 142 : 115-21. doi : 10.1099/13500872-142-1-115 . PMID  8581158.
  4. ^ Lazcano A, Díaz-Villgomez E, Mills T, Oro J (marzo de 1995). "Sobre los niveles de especificidad de sustrato enzimático: implicaciones para la evolución temprana de las vías metabólicas". Avances en la investigación espacial . 15 (3): 345–56. doi :10.1016/S0273-1177(99)80106-9. PMID  11539248.
  5. ^ Anderson I, Watkins R, Samuelson J, Spencer D, Majoros W, Gray M, Loftus B (agosto de 2005). "Descubrimiento de genes en el genoma de Acanthamoeba castellanii". Protista . 156 (2): 203-14. doi :10.1016/j.protis.2005.04.001. PMID  16171187.
  6. ^ Irlanda C, Peekhaus N, Lu P, Sangari R, Zhang A, Masurekar P, An Z (abril de 2008). "El gen de la triptófano sintetasa TRP1 de Nodulisporium sp.: caracterización molecular y su relación con la producción de ácido nodulispórico A". Appl Microbiol Biotechnol . 79 (3): 451–9. doi :10.1007/s00253-008-1440-3. PMID  18389234. S2CID  7230896.
  7. ^ Sanjaya, Hsiao PY, Su RC, Ko SS, Tong CG, Yang RY, Chan MT (abril de 2008). "La sobreexpresión de Arabidopsis thaliana triptófano sintasa beta 1 (AtTSB1) en Arabidopsis y tomate confiere tolerancia al estrés por cadmio". Entorno de las células vegetales . 31 (8): 1074–85. doi :10.1111/j.1365-3040.2008.01819.x. PMID  18419734.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ^ Eckert SC, Kubler E, Hoffmann B, Braus GH (junio de 2000). "El gen trpB que codifica la triptófano sintasa de Aspergillus nidulans está regulado por el sistema de control de vías cruzadas". Mol Gen Genet . 263 (5): 867–76. doi :10.1007/s004380000250. PMID  10905354. S2CID  22836208.
  9. ^ Ahmed SA, Miles EW , Davies DR (marzo de 1985). "Cristalización y datos cristalográficos preliminares de rayos X del complejo triptófano sintasa alfa 2 beta 2 de Salmonella typhimurium". La Revista de Química Biológica . 260 (6): 3716–3718. doi : 10.1016/s0021-9258(19)83682-7 . PMID  3882715.
  10. ^ Hyde CC, Ahmed SA, Padlan EA, Miles EW, Davies DR (noviembre de 1988). "Estructura tridimensional del complejo multienzimático triptófano sintasa alfa 2 beta 2 de Salmonella typhimurium". La Revista de Química Biológica . 263 (33): 17857–17871. doi : 10.1016/s0021-9258(19)77913-7 . PMID  3053720.
  11. ^ abcd Raboni S, Bettati S, Mozzarelli A (abril de 2009). "Triptófano sintasa: una mina para los enzimólogos". Ciencia de la vida celular Mol . 66 (14): 2391–403. doi :10.1007/s00018-009-0028-0. hdl : 11381/2293687 . PMID  19387555. S2CID  30220030.
  12. ^ ab Fatmi MQ, Ai R, Chang CA (septiembre de 2009). "Regulación sinérgica y cambios conformacionales inducidos por ligando de la triptófano sintasa". Bioquímica . 48 (41): 9921–31. doi :10.1021/bi901358j. PMID  19764814.
  13. ^ Grishin NV, Phillips MA, Goldsmith EJ (julio de 1995). "Modelado de la estructura espacial de ornitina descarboxilasas". Ciencia de las proteínas . 4 (7): 1291–304. doi :10.1002/pro.5560040705. PMC 2143167 . PMID  7670372. 
  14. ^ Schneider TR, Gerhardt E, Lee M, Liang PH, Anderson KS, Schlichting I (abril de 1998). "Cierre de bucle y comunicación entre subunidades en triptófano sintasa". Bioquímica . 37 (16): 5394–406. doi :10.1021/bi9728957. PMID  9548921.
  15. ^ Huang X, Holden HM, Raushel FM (2001). "Canalización de sustratos e intermedios en reacciones de catalizadores enzimáticos". Annu Rev Bioquímica . 70 : 149–80. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.149. PMID  11395405.
  16. ^ Anderson KS, Miles EW , Johnson KA (mayo de 1991). "La serina modula la canalización del sustrato en la triptófano sintasa. Un nuevo mecanismo desencadenante entre subunidades". J Biol Chem . 266 (13): 8020–33. doi : 10.1016/S0021-9258(18)92934-0 . PMID  1902468.
  17. ^ Wilcox M (junio de 1974). "La síntesis enzimática de análogos de L-triptófano". Bioquímica Analítica . 59 (2): 436–440. doi :10.1016/0003-2697(74)90296-6. PMID  4600987.
  18. ^ abc Chaudhary K, Roos DS (septiembre de 2005). "Genómica de protozoos para el descubrimiento de fármacos". Nat Biotecnología . 23 (9): 1089–91. doi :10.1038/nbt0905-1089. PMC 7096809 . PMID  16151400. 
  19. ^ Becker D, Selbach M, Rollenhagen C, Ballmaier M, Meyer TF, Mann M, Bumann D (marzo de 2006). "El robusto metabolismo de Salmonella limita las posibilidades de nuevos antimicrobianos". Naturaleza . 440 (7082): 303–7. doi : 10.1038/naturaleza04616. PMID  16541065. S2CID  4426157.
  20. ^ Caldwell HD, Wood H, Crane D, Baily R (junio de 2003). "Los polimorfismos en los genes de triptófano sintasa de Chlamydia trachomatis diferencian entre aislados genitales y oculares". J Clin invertir . 111 (11): 1757–69. doi :10.1172/JCI17993. PMC 156111 . PMID  12782678. 
  21. ^ Kulik V, Hartmann E, Weyand M, Frey M, Gierl A, Niks D, Dunn MF, Schlichting I (septiembre de 2005). "Sobre la base estructural del mecanismo catalítico y la regulación de la subunidad α de la triptófano sintasa de Salmonella typhimurium y BXI del maíz, dos enzimas evolutivamente relacionadas". J Mol Biol . 352 (3): 608–20. doi :10.1016/j.jmb.2005.07.014. PMID  16120446.
  22. ^ Leopoldseder S, Hettwer S, Sterner R (noviembre de 2006). "Evolución de los complejos multienzimáticos: el caso de la triptófano sintasa". Bioquímica . 45 (47): 14111–9. doi :10.1021/bi061684b. PMID  17115706.